VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ

Transkript

1 VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV STROJÍRENSKÉ TECHNOLOGIE FACULTY OF MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF MANUFACTURING TECHNOLOGY POVRCHOVÉ ÚPRAVY VE STROJÍRENSTVÍ SURFACE TREATMENTS IN MECHANICAL ENGINEERING BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR S THESIS AUTOR PRÁCE AUTHOR VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR BRNO 2015 MONIKA ČUDOVÁ Ing. LADISLAV ŽÁK Ph.D.

2 Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství Ústav strojírenské technologie Akademický rok: 2014/2015 ZADÁNÍ BAKALÁŘSKÉ PRÁCE student(ka): Monika Čudová který/která studuje v bakalářském studijním programu obor: Strojírenská technologie (2303R002) Ředitel ústavu Vám v souladu se zákonem č.111/1998 o vysokých školách a se Studijním a zkušebním řádem VUT v Brně určuje následující téma bakalářské práce: v anglickém jazyce: Povrchové úpravy ve strojírenství Surface treatments in mechanical engineering Stručná charakteristika problematiky úkolu: Práce bude zaměřena na využití nátěrových hmot ve strojírenství a jejích dopady na ekologii. Cíle bakalářské práce: 1. Literární studie dané problematiky 2. Výběr vhodných představitelů nátěrových hmot a jejich použití 3.Experimentální ověření vlastností vybraných laků 4. Vyhodnocení výsledků 5. Závěr

3 Seznam odborné literatury: 1. MOHYLA, Miroslav. Technologie povrchových úprav kovů. Vyd. 2. Ostrava: Vysoká škola báňská Technická univerzita, Strojní fakulta, 2000, 150 s. ISBN SEDLÁČEK, Vladimír. Povrchy a povlaky kovů. 1. vyd. Praha : České vysoké učení technické v Praze, Skripta.176 s. ISBN PODJUKLOVÁ, Jitka. Speciální technologie povrchových úprav I. 1. vyd. Ostrava : VŠB TU Ostrava, Skripta. 76 s. ISBN GROYSMAN, Alec. Corrosion for everybody. Vyd. 1. New York: Springer, 2010, 368 s. ISBN Vedoucí bakalářské práce: Ing. Ladislav Žák, Ph.D. Termín odevzdání bakalářské práce je stanoven časovým plánem akademického roku 2014/2015. V Brně, dne L.S. prof. Ing. Miroslav Píška, CSc. Ředitel ústavu doc. Ing. Jaroslav Katolický, Ph.D. Děkan fakulty

4 Abstrakt ČUDOVÁ Monika: Povrchové úpravy ve strojírenství Projekt vypracovaný v rámci bakalářského studia předkládá experimentální ověření dvou zadaných laků. Laky jsou nanášeny na speciálně vyrobenou destičku. Základem byla literární studie problematiky koroze, nátěrových hmot - povlaků a praktických zkoušek. Dále byly zkušební vzorky nalakovány a podle norem odzkoušeny. Prováděly se zkoušky na přilnavost nátěru ke zkušebnímu vzorku, zkouška ohybem a zkouška solnou mlhou. Nakonec se všechny provedené zkoušky vyhodnotily. Klíčová slova: Koroze, nátěrové hmoty, povlaky, předúprava, zkouška ohybem. Abstract ČUDOVÁ Monika: Surface treatments in mechanical engineering The project was developed within the bachelor study presents experimental verification of two given varnishes. They are applied on a specially made plate. It was based on literary studies of corrosion coatings issues - coatings and practical tests. The samples were painted and tested according to the standards. The samples were tested on adhesion of varnishes, bending test and salt stray test. Finally all tests were evaluated. Keywords: Corrosion, varnishes, coatings, pre-treatment, bending test.

5 Bibliografická citace ČUDOVÁ, Monika. Povrchové úpravy ve strojírenství. Brno, s, 2 přílohy, CD. Bakalářská práce. Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství. Ústav strojírenské technologie, Obor technologie tváření kovů a plastů. Vedoucí bakalářské práce Ing. Ladislav Žák, Ph.D.

6 Čestné prohlášení Tímto prohlašuji, že předkládanou bakalářskou práci jsem vypracovala samostatně, s využitím uvedené literatury a podkladů, na základě konzultací a pod vedením vedoucího bakalářské práce. V Brně dne Podpis

7 Poděkování Tímto děkuji panu Ing. Ladislavu Žákovi, Ph.D. za cenné připomínky a rady týkající se zpracování bakalářské práce.

8 Obsah Zadání Abstrakt Bibliografická citace Čestné prohlášení Poděkování Obsah ÚVOD LITERÁRNÍ STUDIE DANÉ PROBLEMATIKY Koroze Druhy koroze Protikorozní ochrana Druhy předúprav Mechanické úpravy povrchu Chemické úpravy povrchu Nátěrové hmoty Organické povlaky z nátěrových hmot Způsoby nanášení nátěrových hmot Sušení a vypalování nátěrů Organické povlaky z plastů Příčiny vad při lakování a jejich prevence Druhy zkoušek Měření tloušťky povlaku (ČSN EN ISO 2360) Mřížková zkouška (ČSN EN ISO 2409) Křížový řez (ČSN EN ISO ) Zkouška ohybem (na válcovém trnu) (ČSN EN ISO 1519) Zkoušky solnou mlhou (ČSN EN ISO 9227) VÝBĚR VHODNÝCH PŘEDSTAVITELŮ K EXPERIMENTU Zkušební materiál Suchá cesta Mokrá cesta EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ VLASTNOSTÍ VYBRANÝCH LAKŮ Měření tloušťky povlaku Přilnavost nátěru... 36

9 3.2.1 Mřížková zkouška Křížový řez Vyhodnocení výsledků přilnavosti nátěru Zkouška ohybem (na válcovém trnu) Vyhodnocení zkoušky ohybem (na válcovém trnu) Zkoušky solnou mlhou Vyhodnocení korozního testu VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ ZÁVĚR Seznam použité literatury Seznam obrázků Seznam tabulek Seznam příloh

10

11 ÚVOD [4] V současné době je snaha zvyšovat technickou úroveň, jakost a spolehlivost strojírenských výrobků a přitom dodržet ekonomické a ekologické limity ve strojírenské výrobě. Jelikož se tyto výrobky používají ve vzájemném styku s okolním prostředím, dochází k jejich povrchové degradaci vlivem opotřebení a koroze. Na výslednou jakost strojírenského výrobku se významně podílí i povrchové úpravy. Ovlivňují jeho životnost a provozní spolehlivost, pokud není dostatečná nebo nevyhovující povrchová ochrana, může být celý konečný výrobek znehodnocen. Průměrná životnost povlaku se odhaduje na 6 roků. Povlaky ztrácí postupně svou ochrannou schopnost a materiál pod povlakem koroduje. Povlak ochranou schopnost neztrácí náhle, ale postupně. Pokud povlak překročí svojí životnost, koroze materiálu je pomalejší, než koroze nechráněného materiálu. Malý podíl povlaků se i opravuje nebo renovuje. V předkládané bakalářské práci se experimentálně řeší přilnavost nátěru k podkladu, zkouška ohybem a zkouška solnou mlhou. Tyto experimenty se dělají ve spolupráci se společností IDEAL-Trade Service, spol. s r.o. (dále jen ITS). Společnost ITS má již více jak 20ti letou zkušenost s dodávkami technologických celků a chemikálií pro povrchové úpravy atd. Na obrázku 1 je ukázka použití nátěrových hmot ve strojírenské výrobě. Obr. 1 Výrobky upravené pomocí nátěrových hmot 10

12 1 LITERÁRNÍ STUDIE DANÉ PROBLEMATIKY [2, 3, 5, 6, 7, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 22, 24, 25, 26] Ve strojírenství se používá mnoho způsobů povrchových úprav. Hlavní důvody proč se povrchové úpravy používají je odolnost proti korozi, změnám mechanických a pevnostních charakteristik daného materiálu, zvýšení otěruschopnosti, oxidací povrchu a v neposlední řadě i kvůli estetické stránce hotového výrobku. Tato práce bude zaměřena na nátěrové hmoty, kterými je chráněn povrch součástí. 1.1 Koroze [3, 5, 6, 7, 21] Je to samovolně probíhající nevratný proces, kdy se narušuje a znehodnocuje materiál kvůli chemickým a fyzikálněchemickým vlivům prostředí. Korozi mohou podléhat jak kovové materiály (obr. 2) tak i nekovové jako jsou např. organické materiály (plast atd.) a anorganické materiály (beton, sklo atd.). Koroze je velmi často ovlivňována i doprovodním působením mechanického namáháním, elektrickým proudem a radiací. Koroze se může projevovat jak úbytkem materiálu, ale i poškozením struktury. Koroze má za následek i ekonomické ztráty. Jen v ČR se odhaduje ztráta způsobením koroze ve výši asi 25 miliard Kč za rok. Ztráty způsobené korozí se mohou rozlišit do dvou skupin: a) přímé Započítávají se náklady celkového opatření zabraňující korozi, náklady jak na opravy poškozených zařízení, tak i náklady spojené s likvidací zařízení poškozeného korozí. b) nepřímé V některých případech mohou být mnohonásobně větší jak u ztrát přímých, protože se do nich zahrnují ztráty způsobené snížením nebo úplným zastavením výroby. Obr. 2 Případy praktické koroze 11

13 1.1.1 Druhy koroze [3, 5, 6, 7, 21] Koroze je zhodnocena a rozdělena z několika hledisek. Často se v publikacích udává hodnocení podle vzhledu, které se dělí na rovnoměrné a nerovnoměrné, ale nevede to ke stanovení přímých příčin. 1) Podle typu napadení Různé druhy korozního napadení závisí na druhu materiálu, jeho struktuře i vlastnostech, na korozním prostředí. a) rovnoměrná koroze Způsobuje stejnoměrné rozpouštění materiálu po celé ploše výrobku. Rovnoměrná koroze je z hlediska spolehlivosti zařízení nejpříznivější, protože se dá experimentálně stanovit rychlost úbytku. b) důlková a bodová koroze Vzniká místním poškozením pasivní vrstvy. Jde o velmi nebezpečný typ koroze, protože může dojít až proděravění tlustých stěn. Na kovovém povrchu vznikají hluboké důlky a povrch okolo zůstává bez viditelného napadení. Pokud vznikne stabilní důlek, tak již probíhá korozní proces obdobně poslední fází štěrbinové koroze (obr. 3). Když je průměr důlku větší než jeho hloubka, tak se už jedná o důlkové napadení. Ochrana spočívá hlavně ve výběru odolného kovového materiálu. Tenhle druh napadení je typický pro oceli a hliník. Obr. 3 Štěrbinová (vlevo) a bodová koroze (vpravo) [3] c) štěrbinová koroze Jde v podstatě o bodovou korozi (obr. 3), ale objevuje se v jemných kapilárách nebo štěrbinách. Štěrbinová koroze se také projevuje v trhlinách a v mnoho dalších necelistvostech jako jsou póry atd., které vznikají na povrchu daného materiálu. Úzce souvisí s dalšími druhy korozí jako je korozní únava, korozní praskání, mezikrystalová a bodová koroze. Štěrbinová koroze má poměrně dlouho inkubační dobu, jelikož některé fáze napadení trvají i několik měsíců. Ochrana spočívá hlavně v konstrukčních úpravách, které zabraňují vzniku konstrukčních štěrbin, nespojitých svarů atd. Lze ji i potlačit vyloučením nasákavých těsnících materiálů. Problém štěrbinové koroze lze řešit i výběrem vhodného, korozně odolnějšího materiálu, případně i úpravou prostředí. V tomhle případě je elektrochemická ochrana málo účinná. 12

14 d) mezikrystalová koroze Nejvýznamnější příklad vlivu korozní odolnosti proti jeho strukturním změnám kovu. Objevuje se na hranicích zrn kvůli rozdílnému složení těchto hranic s objemem zrn. Někdy přechází napadení z hranic zrn na samotná zrna a poté se jedná o transkrystalovou korozi. Tyto dvě koroze jsou velmi nebezpečné, protože nejsou vidět lidským okem. Mezikrystalová koroze je nerovnoměrnou formou korozního napadení, které se projevuje u korozivzdorných ocelí po tepelném zpracování. Kovový materiál napaden tímto druhem koroze ztrácí mechanickou pevnost a to bez ohledu na to, že by došlo k viditelné změně. Mezikrystalové korozní napadení se týká i niklových slitin, slitin hliníku, mědi, zinku, olova atd. e) selektivní koroze Vyskytuje se u dvou a více fázových slitin, ve které je jedna fáze více náchylná ke korozi. Typickým příkladem selektivní koroze je odzinkování mosazi, kdy se zinek jako méně ušlechtilý kov slitiny a je více náchylný ke korozi a současně část původního materiálu slitiny mědi přemění v nekompaktní ( houbovitý ) stav. Dochází k tomu v celé vrstvě povrchu nebo jen lokálně. Odzinkování hraje i roli při vzniku korozního praskání mosazi, protože všechny mosazi s obsahem zinku větší než 15% jsou náchylné k odzinkování. K odzinkování dochází především ve vodách. Selektivní koroze lze pozorovat i u jiných slitin mědi např. s niklem, křemíkem a hliníkem (odhliníkování, odkřemíkování, odcínování, odměďování atd.). 2) Podle mechanismu Toto rozdělení se zařazuje mezi nejdůležitější. a) chemická koroze Mechanismem této koroze je chemická reakce - oxidace nebo redukce mezi kovovými i nekovovými složkami materiálu a korozním prostředím. Vyskytuje se při působení nevodivého prostředí (plyn, kapalina, soli) za normálních i zvýšených teplot. Jedna z nejvíce technicky významných a rozšířená je koroze plynů v oxidačním plynu za zvýšené teploty (tvorba okují na oceli). Podle prostředí, ve kterém koroze probíhá, se koroze dělí na oxidační a redukční. Nejčastějším druhem koroze chemické, kdy se kov pokrývá vrstvičkou kysličníku je oxidace kovu vzdušným kyslíkem a je oddělena od korozního prostředí. Ta vrstva kysličníku právě chrání kov před další korozí, ale nezabrání ji zcela před působením koroze. Při zvýšení odolnosti proti oxidaci lze přidat legující prvky do základního kovu (Al, Si, Cr atd.). Při vyšších teplotách vzrůstá vrstva kysličníku mnohem rychleji a vznikají okuje. Zabrání se tím slitinami, které odolávají žáru. Na kovy působí mimo kyslík i kysličník siřičitý, uhličitý atd., které se hlavně vyskytují v oblastech průmyslu. b) elektrochemická koroze (fyzikálně-chemická koroze) Jedná se o samovolný proces vzájemného působení kovu s okolním vodivým prostředním. Při tomto procesu redukce oxidační složky korozního prostředí a ionizace atomu kovu probíhají současně a rychlost procesu závisí na hodnotě elektrodového potenciálu. Dříve byla příčina chápána jako nezbytná existence článků s oddělenou katodou a anodou na nehomogenní kovové fázi. Pozdější poznatky ukázaly, že dílčí proces elektrochemické reakce mohou probíhat na stejném místě tudíž i na homogenním povrchu. 13

15 3) Podle prostředí, kde koroze probíhá Člení se podle toho, kde vzniká napadení koroze. a) atmosferická koroze Nejčastější formou koroze a její působení závisí hlavně na obsahu vlhkosti a agresivních plynných a tuhých rozpustných nečistot ve vzduchu, zde je závislá i rychlost atmosferické koroze a je příčinou až 80% veškerých ztrát způsobených korozí. Tak velké procento je dáno tím, že celkově největší povrch materiálu je vystaven působením materiálu. Jsou jimi vystaveny kovové stavební konstrukce, automobily a spousta dalších kovových předmětů. K nejagresivnějším složkám současně i k nejvýznamnějším složkám znečištění atmosféry patří SO 2, NaCl, H 2 S, Cl 2, HCl, NO 2, NH 3, CO 2, prach atd. V České republice se rozlišují typy vnějších atmosfér: - venkovská atmosféra (venkovské oblasti a malá města) - městská atmosféra (hustější osídlení, ale bez velkých průmyslových objektů) - průmyslová atmosféra (silná průmyslová činnost současně vysoké znečištění oxidem siřičitým atd.) Koroze oceli při špatné údržbě nátěrového systému lze pozorovat v trvale vlhkém prostředí, kdy dochází ke koroznímu napadeni, ale hlavně bývá specifickým znečištěním v těžkých průmyslových atmosférách. K atmosferické korozi dochází i při uzavřených prostorách, ale dá se ovlivnit zvýšením teploty a také odstraněním vody ze vzduchu. Při skladování a dočasnou ochranu kovů se používají do vnitřků obalů inhibitory. Bohužel atmosferická koroze má za následek znehodnocení různých kovových památek např. u sochy Krále Jiřího z Poděbrad (obr. 4), které vyžadují nákladné restaurování. Obr. 4 Socha Krále Jiřího z Poděbrad [7] b) koroze ve vodách Nejčastějším případem je koroze v kapalinách, která je způsobená znečištěním vody agresivními látkami, které jsou ve formě kapalné, plynné i tuhé a přímo ovlivňují intenzitu koroze. Zahrnujeme do ní i chemicky čistou vodu. Přírodní vody působí agresivně jak na lodě a vodní stavby, tak se ta agresivita přenáší i na vody průmyslové a vodu pitnou. Přírodní vody lze rozdělit jednoduše na sladké, mořské atd. Lze i rozdělit průmyslové vody. I když jsou různé druhy vod, je řada společných faktorů, které ovlivňují hlavně agresivitu vody. Obsah kyslíku ve vodě má nejvýznamnější význam na rychlost koroze. c) koroze v plynech Tato koroze nastává v plynném prostředí za zvýšených a vysokých teplot. Jedná se o děje oxidační i redukční. Plyny oxidační tvoří na povrchu kovů většinou iontové sloučeniny. 14

16 Redukční plyny pronikají dovnitř do kovů a reaguji se samotnými složkami materiálu. Na proces má vliv chemické složení plynu, teplota a tlak plynu. d) koroze v půdách Jedná se o zvláštní druh koroze, neboť půda obsahuje tuhou, plynnou i kapalnou složku. Z korozního hlediska je významná kapalná složka s různým množstvím rozpuštěných plynů a nepatrným množstvím soli. 4) Podle rozhodujících vnějších činitelů Koroze není pouze závislá na chemickém složení prostředí a druhu materiálu. Koroze ovlivňuje i mechanické vlastnosti kovových materiálů a je urychlována dalšími vlivy. a) korozi za napětí Rozlišují se dva základní typy koroze za napětí a to podle charakteru mechanického namáháni: - korozní praskání závisí na napjatosti materiálu a korozním účinku prostředí. Důsledek je vznik transkrystalových a mezikrystalových trhlin, v nichž může být počátek křehkého lomu. Praskání se projevuje u měkkých a austenitických ocelí a slitin mědi (obr. 5). - korozní únava vzniká mechanický namáháním se současným korozním napadením materiálu. Mez únavy je závislá na frekvenci střídavého namáhání a době působení agresivního prostředí. Obr. 5 Korozní praskání uhlíkové oceli (vlevo) a mosazi (vpravo) [3] b) korozi cizími (tzv. bludnými) proudy Souvisí s půdní korozí. Na části kovových zařízení uloženými v půdě (vodovodní a plynová potrubí, kabely) působí průchod elektrických proudů z vnějších zdrojů. c) korozi biologickou Tuto korozi obvykle způsobují aerobní bakterie a napadá jak kovové tak nekovové materiály. d) korozi vibrační Vzniká na plochách, které konají vzájemný kmitavý pohyb o malé amplitudě za působení tlaku. Jedná se o opotřebení ploch, které je kvůli oxidačním pochodům mnohem výraznější než při tření bez vlivu prostředí Protikorozní ochrana [5, 7, 21] Pro snížení korozního poškození existuje pět základních skupin protikorozních opatření. - volba materiálu - kovový, polymerní, anorganický nekovový 15

17 - elektrochemická ochrana - elektrické drenáže, anodická a katodická ochrana - úprava korozního prostředí - úprava fyzikálních parametrů, destimulace, inhibice - povlaky a úprava povrchu - organické, kovové, anorganické nekovové - konstrukční řešení Volba ochrany nebo častěji kombinace způsobů ochrany závisí na mnoho okolnostech. Vždy se musí přizpůsobit konstrukční řešení daného problému a v závislosti i materiál, často je nutností zvolit vhodný typ povlaku. Zbylé dva způsoby jsou již problematické a použijí se méně často. Jelikož je tato práce zaměřena na povrchové úpravy, budou zde povlaky popsány podrobněji. Povlaky Aplikace povlaků na kovový materiál, který není dostatečně odolný v korozním prostředí, je nejrozšířenější způsob protikorozní ochrany. Touto metodou jsou nejčastěji chráněny uhlíkové oceli. Jde o mechanismus, kdy povlak vytvoří bariéru mezi chráněným kovem a korozním prostředím. Povlaky se dělí: a) organické povlaky Zde se řadí nejčastěji používané nátěrové hmoty i pryžové a plastové povlaky. Nátěrové hmoty a plastové povlaky budou v kapitole 1.3 popsány podrobněji. b) anorganické nekovové povlaky a vrstvy Ochrana základního materiálu anorganickými nekovovými povlaky je především založena na svoji nepropustností pro korozní činidla a vyšší odolností proti korozi. Do téhle skupiny patří: - konverzní vrstvy - oxidací, chromátováním, fosfátováním - keramické smalty - vysokotavitelné keramické vrstvy - anorganické nátěry - žárově stříkané povlaky - vyzdívky a obklady c) kovové povlaky a vrstvy Na chráněném materiálu se uchycují třemi základními způsoby a to chemicky a elektrochemicky, fyzikálně a mechanicky. Používá se řada kovů od velmi ušlechtilých až po kovy méně ušlechtilé. Pro hodnocení ochranné funkce kovových povlaků je nejdůležitějším znakem tloušťka a poréznost povlaku. Na tloušťce je přímo závislá životnost povlaku, ale optimální stav je ten, kdy je povlak neporézní. Kovové povlaky se dělí s ohledem na funkci v elektricky vodivém prostředí na katodické a anodické, ale nepodává to žádné skutečnosti o korozní odolnosti. Výsledné vlastnosti závisí na základním materiálu a jeho zpracování, kdy se jedná o spojení kovových povlaků s podkladovým kovem. Nejčastějšími způsoby pro vytváření kovových povlaků a vrstev jsou: - chemické pokovování - elektrochemické (galvanické) pokovování 16

18 - žárové stříkání kovů - plátování kovy - žárové pokovování v roztavených kovech - tepelné a chemicko-tepelné zpracování - fyzikální a fyzikálně-chemické povlakování 1.2 Druhy předúprav [5, 19, 20, 21, 22, 24] Po výrobě bývá povrch součásti znečištěn a nemusí mít požadovanou jakost. Správná příprava povrchu zajistí přilnavost povlaků, stejnoměrný vzhled i odolnost proti korozi nebo opotřebení. Úprava povrchu se rozděluje na dvě skupiny pracovních operací a to na mechanické úpravy povrchu a chemické úpravy povrchu Mechanické úpravy povrchu [5, 20, 21, 22, 24] Těmito úpravami povrchu je vytvářená jakási jakost a kvalita povrchu nikoli stanovení tvar a rozměr. Hlavním účelem je očistit povrch od nečistot, zajištění podmínek pro vyhovující přilnavost a zvýšení odolnosti proti korozi, vytvořit odpovídající vzhled a zlepšit mechanické vlastnosti povrchu. a) broušení Jeho účelem je odstranit hrubé nerovnosti povrchu, současně se povrch broušením čistí. Hrubé broušení se provádí za sucha brusivem s nízkou hodnotou zrnitosti. Při jemném broušení se kotouče přimazávají, aby se snížilo tření a dosáhlo se jemnějšího povrchu. K broušení se používají stabilní nebo přemístitelné brusky (obr. 6) a provádí se brusnými kotouči nebo pásy. Obr. 6 Stroje a přístroje pro broušení a leštění [21] b) leštění U leštění je ještě nižší úběr materiálu a dochází k plastické deformaci povrchové vrstvy. Dosahuje se velmi nízké drsnosti a vysokého lesku. Leštěním se odstraní drobné nerovnosti povrchu nikoli jeho vlnitost a provádí se kotouči z textilu nebo plstě nanesené jemnou brusnou pastou. 17

19 c) kartáčování Používá se k odstranění hrubých nečistot nebo ke zjemnění povrchu po broušení. V prvním případě se používají kartáče z ocelového drátu (pro neželezné kovy z mosazného drátu), v druhém případě se používají měkké a pružné kartáče s přírodních či umělých vláken. d) otryskávání Používá se k odstranění korozních produktů, písku, grafitu apod., dodá vhodnou drsnost povrchu a jeho zpevnění. Otryskávání je používáno kvůli jeho vysoké produktivitě čištění a přípravy povrchu pod nátěry. Jedná se o nejúčinnější způsob odstraňování koroze a okují z povrchu výrobku. Otryskovací hmoty se nejčastěji používají litinová drť a broky, křemičitý písek, sekaný drát, umělé a speciální materiály (rozdrcené skořápky ořechů nebo pecek a skleněné kuličky) Chemické úpravy povrchu [5, 19, 21, 22, 24] Tyto úpravy se nepovažuji za konečné, ještě po nich následují další operace. a) odmašťování Jedná se o důležitou operaci pro odstranění všech nečistot z povrchu kovu před nanesením laku. Je vždy potřeba odstranit veškeré nečistoty, které jsou vázány buď fyzikální absorpcí (látky tukového charakteru, mastnoty, oleje), nebo adhezními silami (anorganické nečistoty, kovové třísky, prach atd.). Energie vazby ke kovovému povrchu je menší než u nečistot vázaných chemicky (koroze) a odstranění je tedy snadnější a bez jakékoliv změny kovového povrchu. Hlavním úkolem odmašťování je uvolnit ty nečistoty z povrchu kovu a jejich převedení do roztoku případně emulze. Odmašťování lze rozdělit podle způsobu aplikace respektive podle styku s rozpouštědly. - odmašťování ponorem známo i jako ponořením v lázni, kde musí roztok proudit. Rozpouštědlo rozpustí mastnoty při teplotách 70 až 90 C v čase 5 až 10 minut. Roztok reaguje na mastnotu a vzniká emulze, která vyplouvá na povrch lázně a nečistoty klesají na dno nádrže. - odmašťování postřikem jedná se o vysokotlaký postřik, při kterém musí být zajištěny lakované díly proti pádu z dopravníku. Délka odmaštění je 5 až 10 minut při teplotě 40 až 60 C. Koncentrace roztoku záleží na rychlosti dopravníku a hlavně na úrovni znečištění. Roztok reaguje s mastnotou, vzniká emulze, která stéká dolů (odkape). - odmašťování v párách studený díl umístíme do komory, kde je rozpouštědlo ve formě páry. Pára při styku s tím studeným dílem kondenzuje a po kapičkách stéká. Existují i další způsoby aplikace jako je odmašťování elektrolytické, odmašťování ultrazvukem a odmašťování mechanické a tepelné. Další rozdělení odmašťování je podle druhu probíhajících pochodů a použitých prostředků. 1) Odmašťování v organických rozpouštědlech Tenhle druh odmašťování je velice rozšířený způsob čištění a je to zároveň nejjednodušší způsob odmašťování s vysokou čistící mohutností při jednoduchém procesu, při kterém se na povrchu kovu rozpustí mastné látky a zároveň uvolní i ostatní nečistoty. Organická rozpouštědla mohou odstranit i silnější vrstvy mastných nečistot a většinou nezpůsobují korozi. Nelze je použít na vlhké povrchy a též se tímhle druhem nedají odstraňovat heteropolární nečistoty (anorganické soli, pot, atd.). Dalšími nevýhody jsou, že nevyhovují požadavkům bezpečné a zdravotně nezávadné práce a hlavně likvidace vypotřebovaných rozpouštědel je obtížná a nedořešená. Z hlediska ekologie zamořují vodu a znečišťují ovzduší emisemi. Při použití je třeba zachovávat velmi přísné bezpečnostní předpisy, protože 18

20 nejčastěji je používán k odmaštění technický benzin, který je vysoce hořlavý. Čištění se provádí jen ručně. Lépe vyhovující jsou rozpouštědla s chlorovanými uhlovodíky, které se řadí mezi nehořlavá. Používá se perchloretylen nebo trichloretylen (nepoužíván). Výhodou je nejen nehořlavost, ale jsou poměrně stálá a nenapadají kov. Nevýhodou je možnost rozkladu světlem a teplem. Rozkladem vzniká chlorovodík a ten způsobuje korozi předmětu. V tomhle případě lze odmašťování provést postřikem i ponorem, ale rychlejší i levnější je odmašťování v párách Organická rozpouštědla k odmašťování se zejména uplatňují v menších závodech pro poměrně nízký náklad, technickou jednoduchost a hlavně vysoké účinnosti čištění. 2) Odmašťování ve vodních alkalických roztocích Tenhle druh se též řadí mezi nejvíce rozšířený způsob čištění a účinnost spočívá hlavně v koloidně chemických procesů (dispergace a emulgace nečistot různých druhů). Bývají obohaceny povrchově aktivními látkami a rozpouštějí se i heteropolární sloučeniny, které jsou ve vodě nerozpustné. Na mastné látky působí ulpěle na kovovém povrchu a to různým způsobem, např. rostlinné nebo živočišné tuky se při odmašťování zmýdelňují. Alkalické roztoky obsahuji sodu, fosforečnan sodný, hydroxid sodný, boritany a polyfosfáty. Mají spoustu výhod ve srovnání s organickými rozpouštědly. Jsou lacinější, nehořlavé a bezpečnější. Odmašťovací proces je hygienicky méně závadný, ale odpadní vody musí být neutralizovány (likvidovány) v čistírnách odpadních vod. Nehodí se tímhle způsobem odmašťovat např. členité předměty s malými dutinami. Odmaštění se nejčastěji provádí ponorem (ponoření v lázni) nebo vysokotlakým postřikem. 3) Odmašťování emulzí Tenhle druh využívá rozpouštění mastnost v organickém rozpouštědle tak i jejich emulgaci ve vodném prostředí (mýdla, sulfonáty). Odmašťování emulzí je velmi účinné na značně znečištěné povrchy a také i na velké konstrukční celky. Odmaštění je postačující i přesto, že nedosahuje zcela smáčivého povrchu. Odmašťovací schopnost je spolehlivá. Dokonale emulgují a rozpouštějí mastnoty a převádí je do vodou omývatelné emulze. Aplikace se provádí ponorem nebo postřikem, ale jelikož emulzní odmašťovače pracují při normální teplotě, lze je aplikovat i ručně (natíráním). Odpadní vody před vypouštěním do kanalizace musí projít čistírnou odpadních vod. b) moření Je to čištění povrchu kovů okují a korozi jakékoliv tloušťky chemickým nebo elektrochemickým způsobem. Nejčastěji se k moření používá kyselin a kyselých solí a celé se to provádí na předmětech ponořených do mořící lázně o koncentraci 10 až 20% při teplotě 40 až 70 C. Nejčastěji se mořením dělají oceli a litiny. Jde o odstraňování okují, které vznikly u koroze při působením atmosféry za běžných podmínek, při ohřevu ke tváření za tepla a při tepelném zpracování. Používá se i moření v kyselině sírové, které má několik výhod, ať je to nízká cena nebo malá spotřeba, hlavně má nízkou exhalaci okolí. Celková doba moření závisí na tloušťce okují a na struktuře, ale obvykle je to 10 až 30 minut. Co nejdříve po moření následuje několikanásobný vodní oplach případně neutralizace, aby zbytky solí, louhů nebo kyselin nenarušovaly jakost nátěrového systému. c) odrezování Je to v podstatě stejné jako moření, jen odrezování je odstranění vrstev rezi z povrchu ocelových předmětů. Rez se rozpouští pomocí odrezovačů, které obsahují nejčastěji kyselinu fosforečnou (zdravotně nejméně závadná), ale rez reaguje na působení kyselin rychleji, tak se pracuje v kratších časech při nižších teplotách. Do roztoku se přidává i inhibitory koroze, aby kyselina nenapadla vlastní kov, ale pouze korozní produkty. Doporučuje se nejprve odstranit mechanickou cestou méně přilnavé korozní vrstvy a povrch zbavit mastnoty. Je spoustu druhu 19

21 přípravků jako například bezoplachové a oplachové odrezovače, které jsou doporučovány, ale vždy je nezbytně nutné respektovat návody a ověřit si celkově předem vhodnost technologie před aplikací nátěrových hmot. Při slabé korozi na hladkých konstrukcích bez spojů a špatně dostupných míst lze použít bezoplachové odrezovače. Přípravek se v nich udržuje dlouho v mokrém stavu, nejčastěji až do doby nanášení nátěrové hmoty. To vede ke spoustě vad pod nátěrem ať už k tvorbě osmotických puchýřů, tak následně k pozdějšímu odlupování. Výsledný povrch musí být slabě našedlý, matný a hlavně čistý a zbaven všech korozních produktů a zplodin. Vysoušením odrezeného povrchu horkých vzduchem se docílí dobrých výsledků. Odrezování provádíme ponorem u menších předmětů a natíráním nebo postřikem u větších předmětů a to vždy za normální teploty. d) elektrochemické a chemické leštění Je to v podstatě za specifických podmínek moření kovů ve speciálních leštících lázních. Chemické leštění odstraňuje drobné nerovnosti povrchu a snižuje jeho drsnost. Staví na rozpouštění kovu v mírně proudící lázní vhodných kyselin. Výstupky povrchu jsou rozpouštědly napadány výrazněji (přednostně odleptávány vyvýšená místa mikronerovnosti) než prohlubeniny. Používá se pro hliník, nikl a jejich slitiny atd. Chemicky se neleští ocel, protože tím ztrácí lesk a rezaví. Elektrochemické leštění také odstraňuje drobné nerovnosti povrchu a snižuje jeho drsnost, ale staví na rychlejším rozpouštění (dochází k intenzivnějšímu odleptávání) výstupků povrchu v elektrolytu. Má to za následek zvýšení koncentrace elektrického náboje na hrotech. Dobře se osvědčuje elektrochemické leštění u hliníku, též i u některých slitin mědi. Proces jak u elektrochemického tak i chemického leštění je rychlejší, čistší a hlavně kvalitnější než u mechanického leštění. Těchto způsobů leštění se používá tam, kde není například možné provést mechanické leštění, jako u drobných a tvarově složitých součástí nebo při vysoké hladkosti atd. 1.3 Nátěrové hmoty [2, 5, 21, 24, 25] Nátěrové hmoty slouží k ochraně kovových materiálů proti korozi. Jak již bylo zmíněno v podkapitole 1.1.2, spadají nátěrové hmoty pod organické povlaky Organické povlaky z nátěrových hmot [2, 5, 21, 24] Patří mezi nejrozšířenějším způsobem povrchové úpravy výrobku a zároveň je nejběžnějším a hlavně i nejstarším a nejekonomičtějším prostředkem v různých průmyslových oborech. Tvoří až 90% všech povlaků a to hlavně zásluhou vysokým ochranným účinkem nátěrových hmot, jsou relativně levné, působí dekorativně a mají snadnější a dostupnější způsob vytváření těchto povlaků. Aplikace je snadná, není zapotřebí žádných složitých zařízení, nejsou v žádném případě omezená na velikost a tvar výrobku. Hlavní použití mimo specifické účely jako např. dekorativní, maskovací, svítící a jiné, tak nátěrové hmoty slouží jako ochranný účinek proti povětrnosti, mořské vodě atd. Nátěr Na upravovaném povrchu je to souvislý povlak požadovaných vlastností, který vznikne nanesením a následným zaschnutím jedné nebo více nátěrových vrstev. Na základě nanesených vrstev se dělí nátěry na jednovrstvé či vícevrstvé. Ty se dále dělí do skupin podle účelu a vlastností, vzhledu a pořadí v nátěrovém systému. Řadí se do nich např. základní barvy, podkladové barvy, vrchní barvy aj. Nátěrové hmoty jsou veškeré výrobky různých druhů, které jsou používané k provádění nátěru, které po nanášení v tekutém stavu vytvoří na povrchu souvislý film požadovaných vlastností. Pro zhotovení povlaků se používají i práškové makromolekulární látky, ale jejich 20

22 využití je spojeno s velice složitou technologií. Je to známo pod názvem práškové nátěrové hmoty. Mezi základní složky nátěrových hmot patří pojidla, pigmenty, plnila atd. a) pojidlo Spadá pod nejdůležitější součást každé nátěrové hmoty a skládá se z filmotvorných látek a rozpouštědel. Pojidlo uděluje nátěrovým hmotám fyzikální vlastnosti. b) filmotvorné látky Jsou to netěkavé organické látky, které hned po zaschnutí jsou schopné vytvořit tuhý a zároveň souvislý film různé tloušťky. Patří do nich: - vysychavé oleje (živočišné, rostlinné, můžou být i syntetické) - přírodní pryskyřice (kopál), používané v kombinaci s jinými filmotvornými látkalmi - deriváty celulózy (acetylcelulóza, nitrocelulóza) - deriváty kaučuku (chlorovaný kaučuk) - asfalty (přírodní a zpracováním ropy) - syntetické pryskyřice (epoxidy, vinylové polymery atd.) Do fimotvorných látek patří též změkčovadlo (chlorovaný parafín aj.) a také se přidávají do nátěrových hmot. Změkčovadla jsou netěkavé tuhé látky a nevytvářejí tuhý film vhodných vlastností a samotné nezasychají. Rozpouštějí filmotvorné složky a upravují vysokou tvrdost a křehkost hlavně pro zvýšení pružnosti a vláčnosti po zaschnutí. c) rozpouštědla Těkavé látky, ve kterých jsou filmotvorné látky rozpuštěny a upravují konzistenci nátěrové hmoty, které následně umožňuje její nanesení na chráněný povrch a tím je funkční úloha splněna. Nejběžnějšími jsou etylalkohol, lehký benzín, toulen, benzen aj. Na základě rychlosti odpařování je dělíme na lehká, střední a těžká. Do rozpouštědel řadíme i ředidla, která mají shodné složení nebo vznikají smísením několika rozpouštědly. Ředidla slouží k úpravě tekutosti nátěrových hmot na předepsanou vhodnou konzistenci, která je vhodná pro určitou technologii nanášení. d) pigmenty Nátěrovým hmotám dávají zabarvení a neprůhlednost a jsou to nejčastěji oxidy nebo soli kovů. Rozdělujeme do tří skupin podle jejich funkce při ochraně proti korozi: - inhibiční pigmenty (zinkový prach aj.) korozi zpomalují - neutrální pigmenty (oxid železitý, slída aj.) nemají na průběh koroze vliv - stimulující pigmenty (grafit, saze aj.) korozi zrychlují Pigmenty jednotlivých skupin se chovají rozdílně ve styku s chráněným kovem za přítomnosti vody a kyslíku i dalších jiných látek. Pigmenty mohou být tekuté nebo práškové. e) plnidla Zpravidla jemně rozemleté minerální látky (křída, vápenec aj.), které jsou nerozpustné v pojivech a upravují technologické vlastnosti nátěrových hmot. f) aditiva Pomocné přísady a upravují podobně jak plniva technologické a fyzikální vlastnosti nátěrových hmot (sušidla, stabilizátory atd.). Při práci s nátěrovými hmotami a hlavně pro lepší orientaci existuje jednotný systém vycházející ze značení nátěrových hmot. Systém rozděluje nátěrové hmoty podle druhu, barevných odstínů a též značí nátěrové hmoty podle oborového číselníku průmyslových výrobků. Označení se skládá z počátečního písmene skupiny se základní surovinovou bází (tab. 1, nejsou uvedena všechna), čtyřmístného čísla udávající druh nátěrové hmoty (tab. 2) a 21

23 čtyřmístného čísla, které udává barevný odstín (tab. 3). Barevné odstíny jsou označovány dle normy ČSN , kde první číslo udává barevný tón zbytek barevný odstín. Tab. 1 Skupinové označení nátěrové hmoty [21] Skupinové označení nátěrové hmoty A asfaltové B bezrozpouštědlové L lihové K silikonové U polyuretanové V vodové a emulzní C celulózové O olejové P pomocné přípravky H - chlórkaučukové S - syntetické Tab. 2 Druhy nátěrové hmoty [21] Druhy nátěrové hmoty 1000 fermeže, transparentní látky 5000 tmely 2000 pigmentové barvy a y 6000 ředidla 3000 pasty 7000 sušidla, tužidla, katalyzátory 4000 nástřikové hmoty 8000 pomocné přípravky Tab. 3 Barevné odstíny [21] Barevné odstíny dle ČSN šedé modré oranžové hnědé zelené červené fialové žluté ostatní Asfaltové nátěrové hmoty (A) Jedná se o ropný produkt, takže jako základní filmotvorná látka se používá přírodních asfaltů, ale kombinují se s dalšími jako oleji, pryskyřicemi atd. Různé kombinace následně mají vhodné vlastnosti na určitá použití. Laky schnout na vzduchu nebo v pecích při teplotách 160 až 200 C. Mají dobrou odolnost proti kyselinám, ale neodolávají dobře povětrnostním vlivům. Film je hluboce černý, lesklý a plný. Dodáván ve třech modifikacích: - penetrační lak, který obsahuje organická rozpouštědla. To umožňuje pronikání laku do pórů podkladu a následně se odpaří a hmota pevně přilne. Jako laky je nelze použít v uzavřených místnostech, protože jsou toxická. - emulze nebo suspenze, která zůstává na povrchu, protože nepronikne do podkladu. Při usychání vypařují vodní páru. - horký asfalt, který se pokládá v horkém stavu, ale dnes jen výjimečně. Olejové nátěrové hmoty (O) Jde o barvy, které mají pojidlo z vysýchavých olejů. Lze je libovolně míchat, zasychají poměrně dlouho dle druhu materiálu 8 až 72 hodin a po zaschnutí mají vysoký lesk. Hodí se většinou k základním nátěrům venku a uvnitř. Nutné je nanášet po velmi tenkých vrstvách, ale další vrstvu nanést až po zaschnutí té původní, jinak se povrch zvrásní. Případně pro zrychlení doby schnutí lze přisoušet do 80 C. Mají velmi dobrou odolnost proti povětrnostním vlivům a naopak špatnou odolnost proti chemickým vlivům. Dnes jsou nahrazovány většinou alkydovými či polyuretanovými barvami. 22

24 Lihové nátěrové hmoty (L) V těchto barvách je hlavní složkou rozpouštědla alkohol. Roztoky pryskyřic rozpustných v lihu jako kopálů aj. Možné použití v elektrotechnice, k lazurování nebo moření dřeva atd. Rychle schnout, že někdy je vidět i navazující taky štětcem. Vyznačují se i vysokým leskem a dobrou odolností proti olejům. Emulzní nátěrové hmoty (V) V dnešní době je více rozšířeno a jedná se o latexy. Jsou ředitelné pouze vodou a tvoří po odpaření tlustý vodovzdorný film. Vhodné na porézní podklady, ale pouze při normálních podmínkách, případně pro použití nátěru na kov, tak se hodí jen na antikorozní základ. Nátěry jsou nehořlavé a zdraví neškodné, ale vlivem vlhkosti může dojít k podkorodování. Teplota nesmí poklesnout pod 0 C a mají omezenou skladovatelnost. Nátěrové hmoty ředitelné vodou Prakticky to mohou být jakékoliv barvy. Nejsou toxické, nezapáchají a hlavně jsou šetrné k životnímu prostředí. Rychle zasychají a dají se dobře ředit a roztírat po povrchu a veškeré pomůcky použité k natírání se snadno čistí. Obchodně je znám výraz disperzní. Silikonové nátěrové hmoty (K) Základním pojivem je silikon a lze jej využívat k různým účelům. Přidává se do barev hlavně kvůli tomu, aby dobře propouštěly páru, odolávaly vlhku, mají výbornou odolnost proti vysokým teplotám a aby se neodíraly. Používají se jako pojidla do nátěrů, které jsou tepelné namáhány, může jít i o silikonové fasádní barvy a silikonové vypalovací barvy, které snesou právě tu vyšší teplotu a používají se například na automobilové výfuky. Epoxidové nátěrové hmoty Jsou známé jako dvousložkové laky nebo tmely a obsahují epoxidové pryskyřice. Ty mají různou podobu a v oblasti barev mohou posloužit k výrobě různých hmot. Tvoří dostatečně tvrdé a elastické nátěry, ale aby ztvrdly, potřebují tvrdidlo nebo tužidlo, které jsou toxické. Celkově epoxidové barvy toxické nejsou a jsou značně odolné proti chemikáliím a organickým rozpouštědlům. Pomocí broušením a leštěním dosáhneme vysokého lesku. Slouží k výrobě zmíněných dvousložkových nátěrových hmot, práškových nátěrových hmot, pojiv, rozpouštědel, penetrací, vypalovacích laků v neposlední řadě vodou ředitelných barev a laků. Akrylátové nátěrové hmoty Obsahují akrylátové polymery a mohou být ředěny organickými rozpouštědly a to záleží na způsobu výroby nebo vodou. Barvy ředitelné vodou jsou pružnější a ty barvy ředěné rozpouštědly lépe odolávají povětrnostním vlivům. Disperzní nátěrové hmoty Jednoduše se jedná o rozptyl nejméně dvou látek, z nichž jedna je rozptýlená v druhé. Konkrétně jde o to, že za účasti dalších látek je polymer rozptýlen ve vodě. Odpařování vody je princip k vytvoření krycího filmu. Disperzní nátěrové hmoty se běžně označují všechny barvy, které jsou ředitelné vodou. Jednovrstvé nátěrové hmoty Užíván výraz jako samozákladující nátěrové hmoty, které umožňují díky svému složení vytvořit silnější vrstvu bez toho, aby se hmota roztékala a byl potřeba další nátěr stejné barvy. Polyesterové nátěrové hmoty V základu jsou nenasycené polyesterové pryskyřice, které dodávají barvám požadované vlastnosti například barevnou stálost při vyšších teplotách. Nejčastěji jsou v prášku a je potřeba k nanesení speciálního zařízení. Jedná se o dvousložkovou barvu. 23

25 Práškové nátěrové hmoty Podobné prášku, neobsahují rozpouštědla, jsou směsí plniv, pigmentů atd. Nanášejí se souvislým stříkáním na ošetřený podklad a to je nejlépe v jedné vrstvě. Následně se vypalují při teplotách kolem 200 C. Výsledkem je lesklý, strukturovaný nebo matný povrch. Základní nátěrové hmoty Jsou používány k prvním nátěrům kvůli antikorozním látkám, které obsahují. A jsou tudíž vhodné k nátěru kovů. Ještě mohou obsahovat penetrační přísady a to je vhodné k natírání dřeva. Způsob zasychání a složení se liší. Podle toho jakou použijeme svrchní barvu, tak vybíráme základní barvu, aby k ní dobře přilnula. Transparentní nátěrové hmoty Jedná se o průhledné barvy, které vytvářejí průhledné nebo průsvitné vrstvy. Jsou to například laky, emulze atd. Lak Bezbarvý nebo jen mírně tónovaný a neobsahuje pigment. Je průhledný a má za úkol vytvořit ochranný film, který je následně odolný proti vnějším vlivům a přitom nesmí změnit ani design, tak barvu ošetřovaného předmětu. Tužidla Známé i pod slovem katalyzátory. Tužidla jsou vhodné k vytvoření chemické reakci, aby dvousložkové barvy vytvořily souvislý film a uschly Způsoby nanášení nátěrových hmot [5, 21, 24] Jak již bylo zmíněno v podkapitole 1.2 je nezbytně důležitá úprava chráněného povrchu před nanášením nátěrové hmoty. Špatná a nekvalitně provedená příprava upraveného povrchu má za příčinu až 70% poškození nátěru. Při volbě ochranného povlaku je zapotřebí myslet tak, aby chránila výrobek proti korozi, měla dostatečnou životnost při nejnižších nákladech po celou dobu jeho technického života atd. Před samotnou volbou technologie nanášení nátěrových hmot je nutné uvažovat tahle hlediska: - předmět (velikost, tvar atd.) - kvalita povrchu (pórovitost atd.) - finální vlastnosti nátěru (vzhled, tloušťka atd.) - vlastnosti nátěrových hmot (rychlost zasychání atd.) - pracnost, ekonomie použití a ekologické ovlivnění životního prostředí Co se týká způsobů nanášení nátěrových hmot, tak těch je velká škála a rozlišujeme: - ruční nanášení nátěrových hmot - nanášení nátěrových hmot stříkáním pneumatickým, vysokotlakým, v ohřátém stavu, v elektrostatickém poli - nanášení nátěrových hmot máčením - navalování nátěrových hmot - elektrochemické nanášení nátěrových hmot - chemické nanášení nátěrových hmot Ruční nanášení nátěrových hmot Nejrozšířenější způsob k zhotovení povlaku s velice jednoduchou a univerzální technologií. Nanášení nátěrových hmot je štětce, při velkých ploch je lepší válečkem nebo zvláštní rukavicí. Vhodné pro kusovou výrobu a všude tam, kde nelze uplatnit výkonnějších způsobů. Uplatněno při úpravách nátěru a hlavní výhodou ručního nanášení jsou malé ztráty nátěrové hmoty a její velice dobré přilnutí k základnímu materiálu. 24

26 Nanášení nátěrových hmot pneumatickým stříkáním Klasický způsob zhotovení povlaků a provádí se rozprašováním nátěrové hmoty zvláštní pistolí. K rozprášení dochází proudem stlačeného vzduchu přiváděného do pistole. Uplatňuje se pro ruční nanášení s využitím stříkacích kabin, které mohou být typu stolového, podlahového nebo tunelového. Filtrace vzduchu je řešená suchými nebo mokrými filtry. Vhodné na rychleschnoucí nátěrové hmoty a hlavně na velké plochy. Velkou výhodou je produktivita práce a lze jej tímto způsobem nanášet většinu nátěrových hmot mimo nátěrové hmoty tvořící vlákna tj. vinylové nátěry. Mezi nevýhody patří velké ztráty způsobené přestřikem (rozprašování mimo plochu). Z hlediska hygieny práce je metoda nevhodná. Vysokotlaké stříkání nátěrových hmot Způsob podávání nátěrové hmoty do tryskové soustavy se od pneumatického stříkání liší. Nátěrová hmota se rozprašuje statickým tlakem pístu nebo vhodné vzdušiny na hladinu nátěrové hmoty v zásobníku. Na použitém tlaku a konstrukci trysky je závislé množství nátěrových hmot, takže jej plynule nelze měnit. Jedná se o mechanické rozprašování. Snížením odrazu nátěrové hmoty ovlivní úsporu i zlepší hygienu práce, takže se dá říct, že se jedná o velice produktivní technologii. Lze stříkat i složitější tvary. Použití i při vyšší konzistenci a to nám snižuje spotřebu ředidel. Stříkání nátěrových hmot v ohřátém stavu Princip je v podstatě stejný jak u pneumatického nebo vysokotlakého stříkání. Zde se vhodná konzistence nátěrové hmoty získává ohřátím přímo ve stříkacím zařízení a lze je ohřát až na 80 C. Touto technologií se sníží spotřeba ředidel a je možno vytvářet větší tloušťky v jedné vrstvě nátěrových hmot, ale je nevhodná při častých změnách odstínu nebo druhu nátěrové hmoty. Nanášení nátěrových hmot máčením Jedná se o ekonomický způsob. Ztráty nátěrové hmoty jsou pouze odkapem po vynoření a odpar ředidel z máčecí vany. Tloušťka je závislá na rychlosti vynořování, ale i na konzistenci nátěrové hmoty. Své uplatnění má ve velkosériové výrobě, hlavně při nanášení základních nátěrů Sušení a vypalování nátěrů [5, 21] Až po dokonalém vysušení neboli zaschnutí získává nátěrová hmota požadované vlastnosti jako je tvrdost, odolnost proti korozi a vnějšímu namáhání. Při zasychání nátěrů probíhá spousta složitých fyzikálních a chemických pochodů zabývající se čtyř fází: - vypaření (vlastnosti nátěru jsou neměnné) - zasychání do stavu schopného manipulace (nelepivý nátěrový film) - zasychání do stavu tvrdosti (připraven k určitému použití) - stárnutí nátěru (vede až k popraskání) Principem fyzikálního zasychání je odpaření rozpouštědel a ředidel, takže podmínkou pro zaschnutí je absorpce těkavých látek okolním prostředím například atmosférou. Do této skupiny zařadíme lihové asfaltové apod. nátěrové hmoty. Principem chemického zasychání je chemická reakce mezi nátěrovou hmotou a okolním prostředím nebo mezi jednotlivými složkami nátěrové hmoty. Při další fázi se rovněž odpařují z nátěru rozpouštědla a ředidla. Podle typu nátěrové hmoty se zpr1avidla jedná o oxidaci, polymeraci aj. Probíhat může i několik druhů chemických reakcí najednou. Chemické reakce probíhají při normální teplotě nebo vyšších teplot. Podle těchto teplot se schnutí rozděluje do tří skupin: - za normální teploty (asi 20 C), tomuto procesu se říká zasychání 25

27 - při teplotách 40 až 60 C, tomuto procesu se říká přisoušení - při teplotách 80 až 250 C tento proces se označuje jako vypalování Proces zasychání nátěru, pokud je to možné u nátěrové hmoty, se při vyšších teplotách urychluje procesem přisoušením a to z důvodů časových úspor (zkrácení výrobního cyklu). Proces vypalování je nejběžnější u nátěrových hmot s obsahem teplem tvrditelné pryskyřice. Při procesu přisoušení a procesu vypalování může docházet k tvoření defektů přímo na nátěrech a to póry nebo krátery. Lze tomu zabránit tak, že hlavní podíl rozpouštědel a ředidel musí vytěkat při normální případně mírně zvýšené teplotě. Přisoušení a vypalování nátěru lze provádět různými možnostmi: - ohřátým vzduchem nejjednodušší možnost, ale je tu nebezpečí usazování nečistot - infračerveným zářením možnost rychlejší a prováděna vytvrzováním - indukčně vhodné při velkých sériích, kdy se použijí kontinuální linky, zkracuje dobu vytvrzování - ultrafialovým zářením polymerace při ozáření - elektronovými zářiči vytvrzování bez použití tepla do 3 sekund Organické povlaky z plastů [5, 21] Povlaky z plastů mají spoustu funkcí. Jedná se o funkci ochrannou a to zejména proti korozi, opotřebení a lepivosti. Má i funkci estetickou. Vytváří se z polyvinylchloridu, polyamidu, teflonu, akrylátu, celulóz atd. Celkové vlastnosti těchto povlaků jsou stejné jako samotné použití plastů a to například přilnavost k základnímu materiálu. Difúze korozního prostředí do povlaku je pro životnost povlaku důležitá. Pokud se negativně neovlivní kvalita vrstvy a vazba k podkladu, tak lze životnost povlaku zvýšit tloušťkou povlaku. Při výběru práškových povlaků je potřeba uvažovat technologické a hospodárné hledisko případně i specifické vlastnosti daných hmot. Nejčastější způsoby nanášení jsou: - žárové stříkání plastů - vířivé nanášení - naprašování prášku z plastů v elektrostatickém poli - bezplamenné stříkání plastů - disperzní nanášení - plátování plasty - nanášení plastisolu Žárové stříkání plastů Princip je obdobný jak u stříkání kovů, ale tepelná vodivost je až třikrát nižší. Celkové dotavení nastává vlivem plamene pistole a účinkem tepla a aby nedošlo k rozpadu plastů, tak je podmínkou vhodná rychlost nástřiku a samozřejmě i krátká doba působení tepla. Povrch je potřeba mít dokonale očištěn a zdrsněn pro natavení částic plastu. Nataveny jsou pouze na povrchu a vhodná velikost prášku je až 0,2 mm. Hrany se při použití ztenčují, tak je doporučeno je mít zaobleny. Vířivé nanášení Tzv. fluidní nanášení. Předehřáté předměty se ponořují do zčeřeného prášku ve zvláštních nádobách. Čeření prášku se provádí na dně nádoby pórovitou vložkou a otvory dvojitého dna přivádí dovnitř tlakový vzduch. Předmět se obalí ve zčeřeném prášku plastu a akumulovaným teplem dochází na povrchu k nabalování prášku a jeho plastifikaci. Plast na povrchu předmětu pevně přilne a při předehřívání je potřeba přihlížet k tepelné vodivosti materiálu. Jak se docílí požadované tloušťky nanesené vrstvy povlaku, tak se předměty vyjmou a ochladí. 26

28 Naprašování prášku z plastů v elektrostatickém poli K nanášení se používá zvláštní pistole, kdy se ze zásobníku přivádí prášek do trysek. Lze nanášet široký sortiment práškových hmot, ale nejvhodnější jsou epoxidy. Použití je i na předměty rozměrné a členité a k vytváření například elektroizolačních a korozivzdorných povlaků. Touto metodou lze vytvářet povlaky i za studena o tloušťce až 0,15 mm, při předehřevu je tloušťka vyšší. Při stříkaní, které je obdobné jak u nátěrových hmot, je prášek vrhán prostorem s elektrostatickým nábojem. Na nastříkaném předmětu je prášek přidržován až do natavení (plastifikace) při ohřátí na 180 až 250 C. Doba vytvrzování je 5 až 30 minut dle druhu prášku. Je to velmi výkonná a úsporná metoda. Disperzní nanášení Je to rozptýlení prášku z plastu ve vhodné kapalině. Může být ve vodě nebo i v alkoholu. Vytvoří se disperze a ta se následně nanáší na povrch předmětu podle jeho tvaru a to buď nalitím, nebo ponořením. Potom se to vloží do ohřívacího zařízení, kde se nastaví vyšší teplota, než je u plastifikaci prášku a následně dojde k plastifikaci a hlavně k přilnutí prášku na povrch předmětu Příčiny vad při lakování a jejich prevence [25] Při práci s nátěrovými hmotami se setkáme i občas s vady laku z mnoha příčin, ale nejsou vždy následkem špatné kvality nátěru. Ve většině případů se tak děje z neznalosti materiálu a jeho nesprávného použití podmínek a techniky práce. To v praxi může znamenat, že chyba je na straně lakýrníka. Také je možné, že vada laku je způsobená špatnou přípravou pokladu, anebo krátkou dobou schnutí. Vady laku můžeme dělit: - vodní skvrny příčinou může být nesprávná volba tužidla a ředidla, krátká doba schnutí nebo příliš silná vrstva. Při dodržení doporučených postupů z technického listu tomu lze zabránit. - tvorba mráčků příčinou může být použití nesprávného tužidla společně s nesprávnou technikou stříkání a se špatně nastavenou stříkací pistolí. Zabránit tomu lze opět dodržením správných postupů z technického listu, volbou správné stříkací pistole a použít pouze doporučené ředidlo. - efekt sůl a pepř - děje se tak u vodou ředitelných bází a to u metalických laků, když je příliš mokrý nástřik. U světlých odstínu se to projevuje tvorbou černých teček. Je třeba dbát na techniku lakování, ale hlavně hlídat přesný poměr míchání. - tvorba map po ředidlech příčinou je, že podklad nebyl dostatečně proschnutý a případně bylo izolováno nevhodným plničem, případně byl špatně nanesen. Řešením je dodržet dobu odvětrávání a hlavně zkoušet ředidla ke zjištění měkkého podkladu. - peroxidové skvrny u dvouvrstvého lakování může to mít za příčinu nedostatečné promíchání a použití velkého množství tužidla. Je třeba dodržet doporučené množství tužidla a řádně promíchávat. - stopy po broušení může nastat při použití příliš hrubého brusiva případně broušením nedostatečně vytvrzeného plniče. Zabránit tomu lze jednoduše. Použít správnou hrubost brusiva a nechat proschnout dostatečně plnič. - nečistota a prach v bázi příčinou může být špatná filtrace znečištěného vzduchu, kdy na vlhkou vrstvu laku vnikne nečistota případně i z nefiltrované báze. Musí se vždy dbát na čistotu. Ve stříkací kabině je to velice důležité a doporučuje se nosit speciální oblek, který nepouští vlákna. - nečistota a prach v čirém laku už během aplikace se může stát, že vnikne nečistota do vlhké vrstvy a jsou viditelné jako světlé nebo tmavé tečky. Důležité dbát na čistotu. Čistá stříkací kabina a speciální oblek při lakování. 27

29 - Špatná kryvost příčinou může být použití velkého množství ředidla s nedostatečnou vrstvou vrchního laku. Pro prevenci je důležité se vyvarovat nadměrného množství ředidla. Nanesením dostatečné vrstvy vrchního laku a nanesení jednotného podkladu. - Vodní puchýřky příčinou je příliš vysoká vlhkost vzduchu, zaschlé zbytky soli nebo i zbytky vody po broušení v rozích atd. Je potřeba dodržovat pečlivé vyfoukání a vysušení a hlavně i čištění dle doporučení a dodržet dobu odvětrávání. - Zvedání vrstvy laku a tvorba prasklinek příčinou jsou příliš silné vrstvy. Při aplikace mokrá do mokré s nesprávně zvoleným tužidlem atd. Určitě potřeba nenanášet lak v silných vrstvách a hlavně používat doporučené kombinace tužidla. Je i potřeba dodržovat dobu odvětrávání a schnutí. - a další. 1.4 Druhy zkoušek [13, 14, 15, 16, 17, 26] Ve spolupráci se společností ITS, bylo vybráno několik druhů zkoušek dle možností laboratoře a hlavní faktor výběru byla i časová náročnost. Ke všem zkouškám jsou předepsané normy jak se má přesně postupovat od přichystání vzorku až po konečné vyhodnocení Měření tloušťky povlaku (ČSN EN ISO 2360) [16] Norma popisuje metodu měření tloušťky nevodivých povlaků na kovových podkladových materiálech pomocí přístrojů měřících metodou vířivých proudů využívající změn amplitudy. Tahle metoda je metodou nedestruktivního měření a lze ji použít k měření většiny tloušťky povlaků, které jsou vytvořeny anodickou oxidací, ale nedá se použít pro všechny konverzní povlaky, jelikož některé jsou pro měření příliš tenké. Teoreticky lze metodu použit i k měření tloušťky povlaků na magnetických podkladových materiálech, ale pro tento účel se použití nedoporučuje. S touhle metodou je i spojena nejistota měření. Každý přístroj má existující kritickou minimální hodnotu tloušťky a další vzrůst už neovlivní výsledek měření. Hodnota závisí na měřící frekvenci snímače, ale též i na elektrických vlastnostech podkladového kovu. Pokud není udáno výrobcem, tak se má stanovit tloušťka experimentálně. Měření je ovlivněno i zakřivením vzorku, ale mění se značně s provedením a typem přístroje a snímače. Výsledky prováděné na zakřivených plochách nemusí být platné, pokud se například nepoužije speciální snímač, který by kompenzoval vliv povrchu Mřížková zkouška (ČSN EN ISO 2409) [14] Norma popisuje metodu hodnocení odolnosti nátěrů proti oddělení od podkladů jen tehdy, jeli nátěr proříznut pravoúhlou mřížkou (obr. 7) pronikající až k podkladu. Tento postup není považován za měření přilnavosti, i když vlastnost, která se stanoví touto zkouškou, závisí i na přilnavosti nátěru k podkladu či k předcházející vrstvě. Tahle metoda lze použít jako zkouška vyhověl/nevyhověl nebo dalším způsobem je šestistupňová klasifikační zkouška. Pokud je použitý vícevrstvý nátěr, lze vyhodnotit odolnost proti vzájemnému oddělení jednotlivých vrstev od sebe. Metodou nelze měřit povlaky převyšující 250 µm nebo na nátěry s texturou. Obr. 7 Ukázka mřížkového řezu 28

30 Zkouška se provádí na speciálně připravených vzorcích, ale lze i na hotových výrobcích. Pro správný postup provedení zkoušky se podle tloušťky nátěru určuje vzdálenost mezi řezy (tab. 5). Vyhodnocení výsledku se určuje podle klasifikační tabulky (tab. 4). Tab. 5 Vzdálenost mezi řezy [14] do 60 μm vzdálenost 1 mm pro tvrdé podklady (např. kov a plasty) do 60 μm vzdálenost 2 mm pro měkké podklady (např. dřevo) 61 μm až 120 μm vzdálenost 2 mm pro tvrdé i měkké podklady 121 μm až 250 μm vzdálenost 3 mm pro tvrdé i měkké podklady Mřížková zkouška není vhodná pro nátěry o celkové tloušťce větší než 250 μm. Tab. 4 - Klasifikace výsledků zkoušek [14] Klasifikace 0 Popis Hrany řezů jsou zcela hladké; žádný čtverec mřížky není odloupnut Vzhled povrchu plochy s mřížkou, na které se vyskytlo odlupování (příklad pro šest rovnoběžných řezů) 1 Odloupnutí malých šupinek povlaku v místech křížení řezů. Zasažená plocha není větší než 5% plochy mřížky. 2 Nátěr odloupnut podél hran řezů a v místech jejich křížení. Zasažená plocha převyšuje 5%, ale není větší než 15% plochy mřížky. 3 4 Nátěr částečně nebo zcela odloupnut ve velkých pásech podél hran řezů a/nebo částečně nebo zcela odloupnut na různých částech čtverců. Zasažená plocha převyšuje 15%, ale není větší než 35% plochy mřížky. Nátěr odloupnut ve velkých pásech podél hran řezů a/nebo se některé čtverce částečně nebo zcela odlouply. Zasažená plocha převyšuje 35%, ale není větší než 65% plochy mřížky. Jakýkoli rozsah odloupnutí, který nelze 5 - klasifikovat ani stupněm 4. Obrázky znázorňují příklady mřížek v rámci jednotlivých klasifikačních stupňů. Uvedené procentuální podíly jsou založeny na vizuálním dojmu z obrázků a při digitálním zpracování obrazu nemusí být nutně dosaženy stejné podíly. 29

31 1.4.3 Křížový řez (ČSN EN ISO ) [17] Předmětem normy je postup při hodnocení odolnosti nátěrových systémů, do nichž je proveden řez v podobě X (obr. 8), tak aby řez pronikl až k podkladovému kovu. Lze použít jen za předpokladu, že je upřesněn způsob provedení křížového řezu a použije se zároveň hodnocení podle odpovídající stupnice, ale při vyhodnocení výsledku mohou vlastnosti nátěru způsobit obtíže. Křížový řez je destruktivní metoda. Ovlivnění výsledků zkoušky může způsobit i stáří povlaku. Aplikovaný povlak před více jak dvěma měsíci může mít jiné hodnocení než čerstvě aplikovaný povlak. Také mohou ovlivnit hodnocení teplota, vlhkost a případné proudění vzduchu během zasychání. Stanovuje se i minimální počet Obr. 8 Ukázka křížového řezu měření, že na každých 200 m 2 plochy nebo její části je třeba jeden křížový řez. Výsledek zkoušky se vyhodnocuje dle hodnotící tabulky 6. Tab. 6 - Hodnocení výsledků křížového řezu [17] Stupeň 0 Stupeň 1 Žádné odlupování nebo odpadávající nátěr. Stupeň 2 Velmi malé odlupování podél řezů nebo v jejich průsečíku. Stupeň 3 Roztřepené odlupy podél řezů, v rozsahu maximálně 1,5 mm na každé straně. Roztřepené odlupy podél téměř celé délky řezů, v rozsahu maximálně 3,0 mm na obou stranách. 30

32 Stupeň 4 Stupeň 5 Odpadávající nátěr z většiny plochy křížového řezu pod lepící páskou. Odpadávající nátěr v ploše mimo křížový řez Zkouška ohybem (na válcovém trnu) (ČSN EN ISO 1519) [15, 26] Norma je součástí souboru norem stanovujících zkušební postupy pro hodnocení odolnosti povlaků z nátěrových hmot a obdobných výrobků proti praskání nebo přímo oddělení od podkladu za různých podmínek deformace a popisuje metodu zkoušení ohybem přes válcový trn (obr. 9). Metodu lze provádět buď jako zkoušku vyhověl/nevyhověl a to takovým způsobem, že se zkouší na jedné předepsané velikosti trnu pro posouzení splnění konkrétního požadavku, nebo jako postupné testování na postupně menších trnech a sledujeme, kdy se objeví praskliny nebo se nátěr oddělí od podkladu. Tato zkouška se provádí na dvou typech zařízení a to podle tloušťky daného vzorku. Typ 1 je používán pro zkušební vzorky do 0,3mm a typ 2 se obvykle používá pro zkušební vzorky do 1mm. Výsledky z obou typů zařízení poskytují obdobné výsledky. Ohýbací část zobrazena na obr (obr. 10) se skládá ze tří PVC válců, které jsou sestaveny jeden vedle druhého a volně se otáčejí v ložiskách. Na základě toho není povlak vystaven poškození nebo namáhání střihem během zkoušky. V normě je uveden postup zkoušky, zkušení zařízení, příprava vzorků a vyjádření výsledků. Obr. 10 Zkušební zařízení pro ohyb typu [15] 1)šroubovací držadlo, 2) ohýbací část, 3)trn, 4) ložisko trnu, 5)nastavovací šroub, 6)upínací čelist, 7)přítlačná opěra Obr. 9 Válcový trn [26] 31

33 1.4.5 Zkoušky solnou mlhou (ČSN EN ISO 9227) [13] Norma stanoví zařízení, chemikálie a postup pro různé zkoušky solnou mlhou (dále jen korozní test) kterými se pak následně posuzuje korozní odolnost. Korozní test se provádí neutrální solnou mlhou (NSS), okyselenou solnou mlhou (AASS) nebo okyselenou solnou mlhou s chloridem měďnatým (CASS). Všechny jmenované metody korozních testů jsou vhodné ke kontrole dodržení srovnatelné kvality kovových materiálů. Není obvyklé, že by existoval přímý vztah mezi odolností proti působení solné mlhy a odolnosti proti korozi v jiných prostředích, jelikož různé činitelé ovlivňují průběh koroze, např. se značně liší v závislosti na konkrétních podmínkách vytváření ochranných vrstev. Popsaná metoda umožňuje kontrolu dodržení srovnatelné úrovně kvality kovových materiálů ať už bez nebo s protikorozní ochranou. Korozní test je vhodný jako zkouška protikorozní ochrany k rychlému zjištění defektů organických i anorganických povlaků a nespojitosti pórů. Pro kontrolu kvality navíc umožňuje porovnat vzorky se stejným povlakem. Korozní test při porovnávacích zkouškách je vhodný jen tehdy, pokud povlaky jsou si typem dostatečně podobné. Korozní test se používá především pro kovy a jejich slitiny, kovové povlaky atd. Zkouška NSS upravuje se zde hodnota ph solného roztoku. Měření probíhá při teplotě 25 C, tak hodnota ph rozprášeného roztoku nashromážděného ve zkušební komoře má být v rozmezí od 6,5 do 7,2. Před zkouškou se musí zkušební vzorky pečlivě očistit. Lze použít 4-6 vzorků, které se umístí na držáky. Zkouška AASS hodnota ph rozprášeného roztoku nashromážděného ve zkušební komoře má být od 3,1 do 3,3. Pokud není, tak se do solného roztoku přidává ledová kyselina octová. Zkouška CASS zde se rozpouští dihydrát chloridu měďnatého. Zkušební komoru lze použít jen na jeden druh zkoušky, takže pokud se použije např. zkouška AASS nebo CASS, tak už ji nelze použít na zkoušku pro NSS. Při vyhodnocení zkoušky se využívá dalších zkoušek stanovené normou jako je obecné hodnocení, hodnocení stupně puchýřkování, hodnocení stupně prorezavění, hodnocení stupně koroze v okolí řezu, hodnocení stupně delaminace v okolí řezu. Zkouška delaminace v okolí řezu má spoustu variant a to buď páskou, která je nejméně přísná nebo nožem a to je přísnější varianta, protože se to přímo odripuje z okolí řezu. Výsledky testů se nedoporučuje považovat za přímou informaci o korozní odolnosti zkoušených kovových a dalších různých materiálů ve všech prostředích a v provozu. Materiál může být používán kdekoliv. Též výsledky korozním testem není možné použít k určení dlouhodobého chování růžných povlakových systémů, jelikož korozní namáhání vyskytující se v praxi se významně liší od korozního namáhání při korozním testu. 32

34 2 VÝBĚR VHODNÝCH PŘEDSTAVITELŮ K EXPERIMENTU [1, 8, 9, 23] Celá problematika daného tématu se též rozebírala se společností ITS. Jelikož na trhu je nespočet možností ať už se jedná o výběr základního materiálu, způsoby předúprav, způsoby lakování atd. Pro výběr vhodných představitelů k danému experimentu bylo rozhodnuto, že se práce a celý následný experiment bude zabývat rozdílem mezi nátěrovým systémem suchou a mokrou. K tomu navazuje spoustu rozdílných aspektů od předúpravy až po konečný výsledek lakování. 2.1 Zkušební materiál [23] Pro vzorky bylo použito ocelových panelů Q-PANEL (dále jen panel) od společnosti Q- Lab, které za více jak 50 let byli uznány jako světový standart pro konzistentní a jednotné zkušební plochy pro nátěrové hmoty a jiných nátěrů. Tisíce laboratoří po celém světě používají dané panely pro vývoj barev, korozní testování, kontrolu kvality a spoustu dalšího. Otvor na panelu ve tvaru Q je značka společnosti a pro nás zárukou kvality (obr. 11). Panely jsou dodávány v různých typech a velikostí, předem očištěné a pro bezpečnou a snadnou manipulací mají panely zaoblené rohy a odstraněny otřepy hran. Speciální manipulací se ujišťuje, že jsou všechny panely naprosto čisté a následně jsou baleny v plastový pytlích v množství od 20 do 50 panelů spolu s inhibitory koroze v plynné fázi uvnitř pevné papírové krabici pro skladování několika let.ve většině případů lze použít panely hned po vybalení. Jasnou volbou hlavně z ekonomického hlediska, protože nákup čistých a bezpečných panelů snižuje čas v laboratořích od čištění a jiných manipulací s panelem. Společností ITS bylo nejen doporučeno, ale rovnou i dodáno 20 zabalených ocelových panelů s matným povrchem typu R, který je vyhovující pro všeobecné účely využití (tloušťka 0,81mm, délka 152mm, šířka 102mm). Pro experiment se rozdělili na zkušební vzorky A a zkušební vzorky B, které byli následně zpracovány dalšími zadanými postupy. Obr. 11 Q-panel [23] 33

35 2.2 Suchá cesta [1, 8, 9] Prášková nátěrová hmota/práškový lak zvaný i jako komaxit se použil na zkušební vzorky A. Napráškovala se barva z obou stran v odstínu Ral 3004 (obr. 12). Pro začátek se vzorky odmastili odmašťovačem Dinitrol 7660 (technický list - viz příloha 1), který základní materiál očistí od mastnoty, prachu atd. Nechalo se uschnout do dalšího dne. V samotné lakovně se v mycím boxu při tlaku 170 barů a při teplotě 50 C ještě znova vzorek odmastil a nastříkal demi-vodou tj. mineralizovaná voda s obsahem látek ve formě soli, s pasivačním přípravkem na železo, kterou povrch lépe připraví na přilnavost práškové barvy k materiálu. Následně se vzorky dali vysušit v sušící peci. Principem celého procesu je nanesení prášku na povrch vzorku a následné vytvrzení v peci. Vzorky se zavěsili na podvěsný dopravník a nanesení práškové barvy se provedlo elektrostaticky. Po nanesení práškové barvy následuje transport do vypalovací pece, kde se prášek při teplotách 180 až 200 C slije a vytvrdí v kompaktní hladký povrch. Doba vytvrzování byla 10 minut. Tento proces je vysoce efektivní způsob úpravy materiálů, který je šetrný k životnímu prostředí. Na testování byly zhotoveny tři vzorky pomocí tohoto postupu. 2.3 Mokrá cesta [8] Obr. 12 Vzorník barvy Vodou ředitelný lak s obchodím názvem Stando Blue se stejným odstínem Ral 3004, se použil na zkušební vzorky B. Pro začátek se opět vzorky odmastili odmašťovačem Dinitrol 7660 a též se nechali uschnout do dalšího dne. Po zaschnutí se použil epoxidový základ Mobihel 2K HS 4:1 kompaktprimer low VOC. Na ten se nanesl řidký ( mokrý ) plnič F70 EPOS PRIMER 2K, který je ředěný na nějakých 35% oproti běžných 10%. Nanese se jedna vrstva a nechá se tak na 5 minut zavadnou, aby byl na omak plastický a hladký. Takto vzniklým povlakem se odstraní nutnost broušení před nanesením další vrstvy a jeho dokonalému propojení. Je to takový cyklus tzv. mokré do mokrého a na tyto vrstvy byl nanesen vodou ředitelný lak, Stando blue, která se nechá minut zaschnout. Jak je to suché, tak se na závěr použili dvě vrstvy čirého laku s názvem Chalalenger. V rámci ochrany životního prostředí se celý proces dělal ve speciálním lakovacím boxu se suchými filtry, které zabraňují nežádoucím únikům barvy do ovzduší. Nanášení jednotlivých vrstev bylo prováděno stříkací pistolí stlačeným vzduchem. Z důvodu hygieny byl respirátor a speciální oblečení. Na testování byly opět zhotoveny tři vzorky tímto postupem. 34

36 3 EXPERIMENTÁLNÍ OVĚŘENÍ VLASTNOSTÍ VYBRANÝCH LAKŮ [10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17] Celý experiment se tvořil v laboratořích společnosti ITS za pomoci odborných pracovníků a dostupných přístrojů. Z celé řady možností bylo vybráno pro ověření vlastností nátěrových hmot zkouška přilnavosti, která následovala hned po změření tloušťky povlaku. Následně se udělala zkouška elasticity a korozní test, který je pro uživatele nejdůležitější. Použity byly zkušební vzorky, které byli právě kvůli tomuhle experimentálnímu ověření nalakovány. K dispozici jich je z A i B po třech kusech. Na každou zkoušku byl použit jiný vzorek, ale vždy A i B, které se samostatně očíslovali. 3.1 Měření tloušťky povlaku [11, 16] Na toto měření byl použit tloušťkoměr Elcometer 456 (technický list viz příloha 2, obr. 14, dále jen snímač), který má šroubovací sondu s vyšší odolností a pomocí sondy provádíme odběr vzorků. Před měřením se z povrchu zkušebního vzorku odstraní veškeré nečistoty. Sonda se kolmo přikládá k měřenému povrchu a po jejím následném zvednutí se na přístroji zobrazí naměřená hodnota a následně průměrná hodnota tloušťky z určitého počtu měření spolu s minimální a maximální hodnotou. Každý vzorek se tímto způsobem naměřil 5krát (tab. 7) a to tak, že se snímač přemístil v rámci stanovené plochy povrchu (obr. 13) a průměrná hodnota je současně výsledkem pro určení druhu zkoušky přilnavosti. Obr. 13 Ukázka snímání plochy (nahoře) [11] Obr. 14 Tloušťkoměr Elcometer 456 (vlevo) Tab. 7 Naměřené hodnoty v μm vzorku A1, B1 Měření č. 1 Měření č. 2 Měření č. 3 Měření č. 4 Měření č. 5 Průměr Vzorek A ,8 Vzorek B ,6 35

37 3.2 Přilnavost nátěru [10, 12, 14, 17] Pro tenhle typ experimentu se jednoznačně vybrala mřížková zkouška, která je v praxi využívána běžně, protože se všude šetří nátěrem, tak se obvykle naměřené hodnoty pohybuji kolem 80 μm až 120 μm. Za pomocí měření tloušťky povlaku a naměřených hodnot vzorku A1 a vzorku B1 (tab. 7) se hodnoty nejen liší, ale jsou i velké. Na základě studie v podkapitole 1.4.2, která popisuje mřížkovou zkoušku, je stanoveno, že metoda není vhodná pro nátěry o celkové tloušťce převyšující 250 μm, takže se použije pro hodnocení vzorku A1 křížový řez Mřížková zkouška [10, 14] Touto metodou byl proveden vzorek B1, za pomoci řezného nástroje s více ostřími Elcometer 107 (obr. 15, dále jen řezák). Typ řezáku je vhodný pro tenké, tlusté i pevné nátěry na rovných i zakřivených površích, je samozřejmě vhodný pro laboratorní testování a velkou roli hraje i nízká cena. Obr. 15 Řezný nástroj s více ostřími Elcometer 107 Principem zkoušky je vyřezat do nátěru pravoúhlými řezy mřížku a v každém směru mřížky šest řezů a vzdálenost mezi řezy musí být v obou směrech stejná (obr. 17). Závisí to opět na tloušťce nátěru. Výsledek zkušebního vzorku B1 nám vyšel v průměru 188,6 μm. Hodnota se vejde do tolerance 121 μm až 250 μm, takže vzdálenost mezi řezy je stanovena 3 mm pro tvrdé i měkké podklady. Počet řezných zubů na řezáku při odstupu 3 mm mezi zuby je šest a jedná se v tomhle případě v rámci testovací metody pouze o rychlou kontrolu. Řezák se drží ostřím kolmo k povrchu zkušebního vzorku B1. Obr. 16 Křížová zkouška 36 Obr. 17 Mřížková zkouška

38 3.2.2 Křížový řez [10, 17] Použití křížového řezu není tloušťkou nátěru omezeno, takže výsledek zkušebního vzorku A1, který vyšel v průměru 266,8 μm, se udělá tímhle principem. Provedou se dva řezy pod úhlem, který tvoří X za pomoci nástroje s jedním ostřím Elcometer 1538 DIN řezáku pro přípravu vzorků (obr. 18, dále jen řezák DIN). Každý řez musí být 40 mm dlouhý a úhel, který oba řezy svírají, musí být v rozmezí od 30 až 45 (obr 16). Dle stanovení minimálního počtu měření na základě studie v kapitole je pro zkušební vzorek A1 jeden řez nadmíru dostačující. Obr. 18 Řezák pro přípravu vzorků Vyhodnocení výsledků přilnavosti nátěru [12] Vzorky se pomocí USB mikroskopu s manuálním ostřením při maximálním zvětšení 150x (obr. 19, déle jen USB mikroskop) nafotí. Před samotným focením je nutno z oblasti řezu odstranit pomocí kartáče veškerý uvolněný nátěr. Rozlišení mikroskopu je 0,3 Mpx. USB mikroskop byl pro následné vyhodnocení výbornou volbu hlavně pro přesné určení výsledku dle vyhodnocujících tabulek 4 a 6. a) Vyhodnocení mřížkové zkoušky Jak již bylo zmíněno v podkapitole 1.4.2, lze tuto metodu použít jako zkoušku vyhověl/nevyhověl, samozřejmě jen na základě výsledků. Vyhodnocení lze při velmi dobrém osvětlení pozorně prohlédnout i prostým zrakem nebo i pomocí lupy (obr. 17). Při možnosti USB mikroskopu se nafotila část vzorku pro lepší porovnání s tabulkou č. 4, kde je vedena šestistupňová klasifikace. První tři stupně jsou postačující právě pro vyhodnocení vyhověl/nevyhověl. Zkušební vzorek B1 (obr. 20) se pomocí vyhodnocující tabulky 4 zařazuje do stupně 2. Kdy zasažená plocha převyšuje 5%, ale není větší než 15% plochy mřížky, povlak z hlediska přilnavosti vyhovuje. Obr. 19 USB mikroskop 37

39 Obr. 20 Zvětšení mřížky u vzorku B1 zvětšeno 150x b) Vyhodnoceni křížového řezu Výsledky zkoušky musí být uvedeny jako jednotlivá hodnocení a porovnávají se s hodnotící tabulkou 6. Vzorek A1 se zařazuje do stupně 0, takže žádné odlupování nebo odpadávající nátěr. Obr. 21 Zvětšení kříže u vzorku A1 zvětšeno 150x 3.3 Zkouška ohybem (na válcovém trnu) [15, 18] Pro danou metodu byla zvolena metoda zkouškou a celé se to provedlo na přístroji TQC test přes cylindrický trn 1820 (obr. 22) s trnem o průměru 6 mm, který je nejčastěji v praxi používán. Dle studie v kapitole je řeč o zkušebním zařízení typu 2, jelikož zkušební vzorek má tloušťku nad 0,3mm ale do 1mm. Postup na zkušebním zařízení je zcela jednoduchý dle studie v podkapitole (obr. 10). Zařízení se musí pevně umístit, ale tak aby mohlo být šroubovým držadlem volně pohybováno. Zkušební vzorek A2 i B2 se vloží, shora mezi ohýbací část a trn zkoušenou stranou nátěru směrem ven od trnu stejně jako mezi přítlačnou opěru a upínací čelisti. Nastavovacím šroubem se posune přítlačná opěra tak, aby se zkušební vzorek dotýkal trnu a byl ve vertikální poloze. V této poloze se zkušební vzorek upevní upínacími čelistmi lehkým otáčením nastavovacího šroubu. Zvedáním šroubovacího držadla konstantní rychlostí během 2s, tak aby se zkušební vzorek ohnul o 180. Uvolněním šroubového držáku zpět do původní polohy se vzorek vyjme a vyhodnotí. 38

40 Obr. 22 Přístroj TQC s cylindrickým trnem Vyhodnocení zkoušky ohybem (na válcovém trnu) Při testování zkušebního vzorku A2 došlo k uvolnění nátěru od podkladu na bočních stranách a po celé délce ohybu jsou viditelné praskliny (obr. 23). Tento vzorek nevyhověl. Špatný výsledek nemusí hned znamenat, že lak je nekvalitní, ale výsledek mohl být zapříčiněn špatnou přeúdpravou nebo tlustou vrstvou nátěru (tab. 8). Obr. 23 Vzorek A2 po zkoušce ohybem Při testování zkušebního vzorku B2 nedošlo k žádnému poškození (obr. 24). Vzorek tedy vyhověl zkoušce. Tenhle výsledek opět nemusí souhlasit s praxí. Obr. 24 Vzorek B2 po zkoušce ohybem Tab. 8 Naměřené hodnoty v μm vzorku A2, B2 Měření č. 1 Měření č. 2 Měření č. 3 Měření č. 4 Měření č. 5 Průměr Vzorek A ,4 Vzorek B ,8 39

41 3.4 Zkoušky solnou mlhou [10, 13] Korozní test byl dělán v korozní klimatické komoře HK 400 (obr. 25, dále jen komora). Byly použity zkušební vzorky A3 i B3 a zvolila se zkouška neutrální solnou mlhou (NSS). Před celým testem se vzorky musely řádně zkontrolovat, zda jsou bez vad a před umístěním do komory byli kondiciovány pod dobu 24 hodin při teplotě 23 C. Na zkušební vzorky se provedl řez ve tvaru X, který se provedl nožem Elcometr 1538 (obr. 18) a umístili se do komory na držák pod úhlem 20. V řízeném prostředí rozprašuje 5% roztok chloridu sodného, jehož ph je mezi 6,5 až 7,2. Zkušební vzorky se nechaly v komoře celých 120 hodin bez přerušení. Po korozním testu se vzorky před vyhodnocením nechaly 1hodinu oschnout a poté se provedl oplach tekoucí vodou o teplotě převyšující 40 C. Dále se zkušební vzorky osušily proudem stlačeného vzduchu a vyhodnotily. Provedla se delaminace nožem, takže okolí kříže se odripuje a co upadne, to upadne. Následně se dalším nožem Elcometr 107 (obr. 15) udělá mřížka, která nám výsledek jen upřesní. Obr. 25 Solná komora Vyhodnocení korozního testu Korozní test byl proveden se středním stupněm korozní agresivity prostředí. Celý test trval 120 hodin, což odpovídá nízké délce ochrany (2 až 5let). Bohužel ani této krátké době povlak nevyhověl. U testovaného vzorku A3 při delaminaci odpadl povlak na celém povrchu (obr. 26). Pro upřesnění testovaného povrchu se udělala mřížka a též se povlak odloupl. Výsledek je nevyhovující. Při běžné praxi je vrstva barvy 80 μm a vydrží při korozním testu až 200 hodin a zde se to oloupalo po 120 hodinách. To mohlo být způsobeno silnou vrstvou, která byla 3krát silnější (tab. 9) a nejspíš i špatným vypálením. 40

42 Obr. 26 Vzorek A3 po korozním testu U testovaného vzorku B3 při delaminaci odpadl povlak v menší míře (obr. 27), ale stále dostatečně na to aby byl shledán nevyhovujícím. To stejné pro ověření mřížkou. Obr. 27 Vzorek B3 po korozním testu Tab. 9 Naměřené hodnoty v μm vzorku A3, B3 Měření č. 1 Měření č. 2 Měření č. 3 Měření č. 4 Měření č. 5 Průměr Vzorek A ,6 Vzorek B ,8 41

43 4 VYHODNOCENÍ VÝSLEDKŮ Oba vzorky byly hodnoceny třemi typy zkoušek. Přilnavost nátěru k podkladu, zkouškou ohybem a solnou mlhou. Shrnutí hodnocení vyhověl/nevyhověl je v tabulce 10. Vzorek A1 ve zkoušce přilnavosti spadá do stupně 0, což znamená, že se neodlupuje a je vyhovující. Při zkouškou ohybem nátěr popraskal je hodnocen jako nevyhovující. Vzorek B1 ve zkoušce přilnavosti spadá do stupně 2, což znamená, že nátěr je odloupnut podél hran řezů a v místech jejich křížení. Zasažená plocha převyšuje 5%, ale není větší než 15% plochy mřížky, a tudíž vyhovuje. Při zkoušce ohybem nedošlo k poškození nátěru a je hodnocen jako vyhovující. Při zkoušce solnou mlhou se oba nátěry lehce odlouply od podkladu, tudíž jsou hodnoceny jako nevyhovující. Tab. 10 Vyhodnocení výsledků mřížka / kříž zkouška ohybem zkouška solnou mlhou Vzorek A vyhověl nevyhověl nevyhověl Vzorek B vyhověl vyhověl nevyhověl Vzorky byly naneseny silnější vrstvou, než se běžně dělá. Důvodem může být i nedodržení technických podmínek z hlediska předúprav vzorku i vlastního vytváření nátěrového filmu. 42

44 5 ZÁVĚR Tato bakalářská práce se zabývá povrchovými úpravami a problematikou spojenou s touto specializací. Dále se experimentálně řeší přilnavost nátěru k podkladu, zkouška ohybem a zkouška solnou mlhou, to vše ve spoluprácí se společností ITS. Pro experiment byly použity dva vzorky, vzorek A byl lakován práškovou barvou a vzorek B byl lakován mokrou barvou. Nalakované vzorky prošly prvně měřením tloušťky laku, na které závisí druh zkoušky přilnavosti. Přilnavost se zjišťuje buď pomocí mřížkové nebo křížové zkoušky. Vzorek B1 byl hodnocen na základě mřížkové zkoušky a dle kritérií se zařazuje se do stupně 2, což znamená, že nátěr je odloupnut podél hran řezů a v místech jejich křížení. Zasažená plocha převyšuje 5%, ale není větší jak 15% plochy mřížky a tudíž je nátěr vyhodnocen jako vyhovující. Vzorek A1 byl hodnocen na základě křížové zkoušky a dle kritérií se řadí do stupně 0, takže žádné odlupování nebo odpadávající nátěr, tudíž je hodnocen jako vyhovující. Druhou zkouškou byla zkouška ohybem na válcovém trnu. Jelikož u zkušebního vzorku A došlo k uvolnění nátěru od podkladu na bočních stranách a po celé délce ohybu jsou viditelné praskliny, je tento nátěr nevyhovující. Tento výsledek nemusí znamenat, že je daný lak nekvalitní, mohlo dojít k pochybení v lakovně, např. nedostatečné vypálení. U zkušebního vzorku B při této zkoušce nedošlo k žádnému poškození, tudíž tento vzorek je vyhovující. Poslední zkouškou byla zkouška solnou mlhou. U obou vzorků při delaminaci povlak odpadl (u vzorku B sice v menší míře) a tudíž ani jeden ze zadaných vzorku nevyhověl. Z ekologického pohledu, je šetrnější prášková barva. Ekologie hraje ve vývoji barev velkou roli a výrobci se snaží produkovat laky vodou ředitelné, protože jsou šetrnější vůči životnímu prostředí. Pro další experimenty v této oblasti by bylo vhodné řešit danou problematiku podrobněji, na více vzorkách a vyhodnocení udělat statistickou metodou. 43

45 SEZNAM POUŽITÉ LITERATURY 1. Auto-color [online]. 0011n. l. [cit ]. Dostupné z: 2. Barvy a laky [online] [cit ]. Dostupné z: 3. Druhy koroze kovů [online] [cit ]. Dostupné z: DF 4. IDEAL-Trade Service [online] [cit ]. Dostupné z: 5. Koroze a ochrana před ní [online] [cit ]. Dostupné z: 6. KOROZE KOVŮ V PROSTŘEDÍ CHLORIDŮ PODLE KRITÉRIÍ GLOBÁLNÍHO HARMONIZOVANÉHO SYSTÉMU [online] [cit ]. Dostupné z: 7. Korozní inženýrství [online] [cit ]. Dostupné z: 8. Lakovna Brno: lakýrnické práce Ivo Turek [online] [cit ]. Dostupné z: 9. MBlak [online] [cit ]. Dostupné z: Měřící a laboratorní přístroje [online] [cit ]. Dostupné z: Měřící přístroje [online] [cit ]. Dostupné z: Mikroskop USB [online] [cit ]. Dostupné z: Normy: Korozní zkoušky v umělých atmosférách - Zkoušky solnou mlhou [online] [cit ]. Dostupné z: Normy: Nátěrové hmoty - Mřížková zkouška [online] [cit ]. Dostupné z: Normy: Nátěrové hmoty - Zkouška ohybem (na válcovém trnu) [online] [cit ]. Dostupné z: Normy: Nevodivé povlaky na nemagnetických elektricky vodivých podkladech - Měření tloušťky povlaku - Metoda vířivých proudů využívající změn amplitudy [online] [cit ]. Dostupné z:

46 17. Normy: Ochrana ocelových konstrukcí proti korozi ochrannými nátěrovými systémy - Hodnocení a kritéria přijetí, adheze/koheze (odtrhová pevnost) povlaku - Část 2: Mřížková zkouška a křížový řez [online] [cit ]. Dostupné z: Ohyb přes cylindrický trn [online] [cit ]. Dostupné z: POVRCHOVÁ ÚPRAVA KAROSERIE AUTOMOBILU [online] [cit ]. Dostupné z: Povrchová úprava [online] [cit ]. Dostupné z: Povrchy a jejich úpravy [online] [cit ]. Dostupné z: Předúpravy povrchu [online] [cit ]. Dostupné z: Apravy%20povrchu.pdf 23. Q-panel [online]. 0015n. l. [cit ]. Dostupné z: RENOVACE A POVRCHOVÉ ÚPRAVY [online] [cit ]. Dostupné z: kub icek.pdf 25. STANDOX: Vady lakování a jak se jich vyvarovat [online] [cit ]. Dostupné z: Zkušební metody pro hodnocení přilnavosti organických povlaků [online] [cit ]. Dostupné z:

47 SEZNAM OBRÁZKŮ Obr. 1 Výrobky upravené pomocí nátěrových hmot 10 Obr. 2 Případy praktické koroze 11 Obr. 3 Štěrbinová (vlevo) a bodová koroze (vpravo) [3] 12 Obr. 4 Socha Krále Jiřího z Poděbrad [7] 14 Obr. 5 Korozní praskání uhlíkové oceli (vlevo) a mosazi (vpravo) [3] 15 Obr. 6 Stroje a přístroje pro broušení a leštění [21] 17 Obr. 7 Ukázka mřížkového řezu 28 Obr. 8 Ukázka křížového řezu 30 Obr. 10 Zkušební zařízení pro ohyb typu [15] 31 Obr. 9 Válcový trn [26] 31 Obr. 11 Q-panel [23] 33 Obr. 12 Vzorník barvy 34 Obr. 13 Ukázka snímání plochy (nahoře) [11] 35 Obr. 14 Tloušťkoměr Elcometer 456 (vlevo) 35 Obr. 15 Řezný nástroj s více ostřími Elcometer Obr. 16 Křížová zkouška 36 Obr. 17 Mřížková zkouška 36 Obr. 18 Řezák pro přípravu vzorků 37 Obr. 19 USB mikroskop 37 Obr. 20 Zvětšení mřížky u vzorku B1 zvětšeno 150x 38 Obr. 21 Zvětšení kříže u vzorku A1 zvětšeno 150x 38 Obr. 23 Vzorek A2 po zkoušce ohybem 39 Obr. 22 Přístroj TQC s cylindrickým trnem 39 Obr. 24 Vzorek B2 po zkoušce ohybem 39 Obr. 25 Solná komora 40 Obr. 26 Vzorek A3 po korozním testu 41 Obr. 27 Vzorek B3 po korozním testu 41

48 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Skupinové označení nátěrové hmoty Tab. 2 Druhy nátěrové hmoty Tab. 3 Barevné odstíny Tab. 4 Klasifikace výsledků zkoušek Tab. 5 Vzdálenost mezi řezy Tab. 6 Hodnocení výsledků křížového řezu Tab. 7 Naměřené hodnoty v μm vzorku A1, B1 Tab. 8 Naměřené hodnoty v μm vzorku A2, B2 Tab. 9 Naměřené hodnoty v μm vzorku A3, B3 Tab. 10 Vyhodnocení výsledků

49 SEZNAM PŘÍLOH Příloha 1 Technický list Dinitrol 7660 Příloha 2 Tloušťkoměr Elcometer 456

50 Příloha 1 Technický list Dinitrol 7660

51 Příloha 2 Tloušťkoměr Elcometer 456

52

53

54